第 2017/01 nogaltw.org.tw/upload/downloads/148532335175.pdf · 鍍鋅鋼筋。1999...

鋼橋、廠房等鋼鐵結構物的最佳防蝕方法

中華民國熱浸鍍鋅防蝕技術研究基金會

Galvanizers Foundation of R.O.C.

中華民國熱浸鍍鋅協會

Galvanizing Association of Taiwan http://www.galtw.org.tw

2017/01

創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源


第

期

熱浸鍍鋅會刊

56

NO.56NO.56

GALUANIZING A SSOCIATION

INDEX1

3

38

47

48

49

2017/01NO.56

(07)396-0306~7(07)396-0308http://[email protected]

0939784123

5 05 15 25 35 45 5

MENG YEA INDUSTRY CO., LTD

GALUANIZING A SSOCIATION

INDEX1

3

38

47

48

49

2017/01NO.56

(07)396-0306~7(07)396-0308http://[email protected]

0939784123

5 05 15 25 35 45 5

1 Galvanizing Association

國際鋅協會第三屆國際熱浸鍍鋅大會

國際鋅協會 (International Zinc Association，IZA) 於 2016 年 10 月19~21日在中國上海召開第三屆國際熱浸鍍鋅大會。會議以“熱浸鍍鋅工業的綠色環保可持續發展”為主題，探討中國熱浸鍍鋅企業在當前政策

環境下如何改善、環境管理、能源資源節約、產品品質提高，以促進行

業持續發展。大會同時還介紹歐美一些新的熱浸鍍鋅應用，例如鋼筋新

的鍍鋅技術與市場等。並邀請世界各國和地區的熱浸鍍鋅企業和設計公

司，介紹熱浸鍍鋅在世界各地的應用和市場，共發表 18篇論文。本會技術委員會委員羅俊雄博士亦受邀出席參加，並以”熱浸鍍鋅

鋼材在台灣的大氣腐蝕”為主題演講介紹台灣的熱浸鍍鋅市場、應用及

氣候與腐蝕環境。會中約有 400位參加，大會並安排參觀上海聚豐熱鍍鋅有限公司及江蘇國強鍍鋅實業有限公司。上海聚豐熱鍍鋅公司有兩條鍍

鋅生產線，鍍鋅槽分別為 12.6m×2.2~2.4m×3.1m、7m×2.2~2.38m×3.3m，年產量可達 7.5萬噸。兩條生產線前處理區與鍍鋅區原為開放式，於2014年以兩個月時間改為全封閉環保生產線，工程費用約人民幣 6000萬元。江蘇國強鍍鋅實業公司為新設置之生產線，亦採用全封閉環保生產

線。其鍍鋅槽尺寸為 13m×3.2m×4m，年產量將在 11.5~17.7萬噸。

秘書處

大會會場於上海明捷萬麗酒店

《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》1 2《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》1 2《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》

Galvanizing Association1 2017.01 56

羅俊雄博士專題演講

上海聚豐熱鍍鋅公司前處理區改善前 (左圖 )後 (右圖 )

上海聚豐熱鍍鋅公司鍍鋅集塵改為全罩式



江蘇國強鍍鋅實業公司新設前處理區為全罩式

江蘇國強鍍鋅實業公司新設 13m×3.2m×4m鍍鋅槽生產線

《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》3 4《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》


第 7 屆第 1 次會員大會訊息公告

本會第 7屆第 1次會員大會訂於 106年 3月 24、25日（星期五、六）假杉林溪森林生態渡假園區大飯店 (南投縣竹山鎮溪山路 6號 )舉行，會中將邀請專家學者作專題演說，並印製會員大會專刊供與會者、本會會

員及相關單位參考；同時，本次會議也將進行理、監事改選。敬請踴躍

報名參加。

(一 ) 舉辦日期：106年 3月 24、25日（星期五、六）(二 ) 舉辦地點：杉林溪森林生態渡假園區大飯店 (南投縣竹山鎮溪山路 6號 )

(三 ) 預定會程：

日期時間內容

3月24日（五）

14:30~15:00 會員報到、摸彩劵 (摸彩箱 )、領取選票 (投票箱 )，辦理進房登記

15:00 大會開始

15:00~15:15 理事長致詞

15:15~15:30 貴賓致詞

15:30~16:30 會務報告、提案討論、臨時動議

16:30~16:40 點心時間

16:40~17:30 專題演講

17:30~17:40 休息

17:40~18:30 公布選舉結果並召開第 7屆第 1次理監事會議（新舊任理事長交接）

18:30~21:00 年會晚會及摸彩

3月25日（六）

07:00~09:00 早餐

09:00~17:00 旅遊活動

17:00 歸賦


2 Galvanizing Association

熱浸鍍鋅鋼材於橋梁應用案例簡介

摘要

臺灣四面環海呈狹長形，面積約 36,000 平方公里，70%的地形是丘陵及高山，因此，橋梁成為交通建設的主要構造型式。全台省道共 94條，行經濱海地區的幹道主要包含台 2線、台 9線、台 11線、台 15線、台17線、台 26線及台 61線等，省道上之橋梁約 2,700餘座，全長超過 312公里，苗栗以北地區省道橋梁約 465座，距海岸線 1,000m內約 105座，距海岸線 300m內約 54座 [1]。臺灣氣候溫暖潮濕，與近海域附近有氯鹽的存在，結合形成高度腐蝕環境。研究調查發現近海岸線橋梁之混凝土

內鋼筋或外露的鋼梁，有存在著不同程度的銹蝕情形。故在具腐蝕環境

下，對鋼筋提供額外保護有其必要性。

熱浸鍍鋅鋼材應用於橋梁可回溯至 1993年，馬槽橋 (鋼骨鋼筋混凝土拱形橋 )，其拱結構為熱浸鍍鋅處理後之鋼箱梁再以混凝土包覆之。1996年，中和交流道 (雙層式鋼橋 )，其上構使用鍍鋅的 I型梁。1997年，崙尾灣橋 (近海域的鋼筋混凝土橋梁 )，在其基礎及墩柱構造中使用熱浸鍍鋅鋼筋。1999年，為保護橋梁 (蘭勢大橋 )的橋墩及基樁帽梁 (基礎版 )，免於洪水沖刷及腐蝕威脅，使用熱浸鍍鋅鋼板包覆在墩柱表面與基樁帽梁頂面及側面。2013年開工的金門大橋 (興建中 )，連接大小金門全長 5.4公里，跨越金烈水道，該橋梁的基礎及墩柱共計使用近 1萬噸的熱浸鍍鋅鋼筋，以達防蝕目的。本文將列舉數座具代表性之熱浸鍍鋅鋼材

於橋梁之案例，供各界參考。

關鍵字 : 熱浸鍍鋅，橋梁，鋼筋

廖肇昌交通部國道新建工程局副總工程司



1.前言臺灣四面環海呈狹長形，面積約 36,000 平方公里，約 70%的地形為

丘陵及高山，30%為平地並集中在西部地區，約 70%的人口居住在西部地區。因此，大部分的交通建設都是沿著臺灣西部走廊興建。由於地形

關係，橋梁成為交通建設中的主要構造型式，併有多條省道 (台 2、台 9、台 11、台 15、台 17、台 26 及台 61等 ) 的部分路段，須沿著臨海區域經過，以提供當地交通需求。據推估，省道橋梁離海岸線在 1公里以內約百餘座，其中有有約一半在海岸線 300m以內，大部分橋梁構材是以鋼筋(預力 )混凝土為主。

臺灣氣候溫暖、潮濕，近海岸區域存有氯鹽，對鋼材是一種高

度腐蝕環境。ISO 9223 [Corrosion of metals and alloys – Corrosivity of atmospheres -Classification, determination and estimation]標準，臺灣沿海區域腐蝕環境屬 C4 (高潛勢 ) ~ C5 (超高潛勢 )的腐蝕環境。一項沿海岸線調查氯離子含量的結果，發現靠近海岸區域之空氣中氯離子含量最高值

達 7.0mg/100cm2/天 [1]，此顯示氯離子將有機會經由混凝土孔隙或裂縫滲入，穿過混凝土保護層至鋼筋表面，激發鋼筋產生銹蝕。另一調查係

有關位於海岸線附近的 6座鋼筋混凝土橋梁，經暴露在海域環境 4年後，氯離子含量從混凝土構造之表面至其內部的分布情形可發現有數座橋，

附著在混凝土表面的氯離子含量超過 0.3% (以混凝土重量計，目前在新拌混凝土氯離子含量規定值為 0.15%)[1]。因此，常見到鋼筋銹蝕造成混凝土龜裂 (多延長軸方向鋼筋發生 )及剝離的情形。

混凝土內之鋼筋 (鋼材 )因有混凝土保護層而可避免大氣中腐蝕因子的侵害。然混凝土提供的防護還是需來自於混凝土品質 (水密性 )及該保護層厚度。混凝土品質的確保尚須經適當配比設計、生產、運輸、澆置

及養護等，才能達預期目的。實務上，當混凝土在施工期間，要確保其

品質有需全程掌握各作業要求，以防混凝土裂縫發生。又結構物完成後，

在其使用期間仍可能因劣化因子 (水、氯離子、…) 藉乾溼環境作用下的毛細管原理，持續及緩慢地滲入混凝土內 ;或藉由混凝土表面裂縫 (因材料缺陷、外界環境變化或外力作用所產生 )，快速滲入混凝土內並抵達鋼筋表面，激發鋼筋產生腐蝕。



由於混凝土亦為一種空隙性材料，從結構物長期服務性及生命週期

成本而論，對近海域環境或具高潛勢腐蝕環境的混凝土內之鋼筋 (鋼材 )施以額外保護實有需要。考量防蝕方法選擇，將鋼材以熱浸鍍鋅處理已

是普遍被選擇的方法之一。

2. 應用案例(1) 熱浸鍍鋅鋼箱梁

臺灣地區採熱浸鍍鋅鋼材之較早案例為 1993年 11月完工通車的2線道公路橋梁「馬槽橋」，該橋為一座鋼構鋼筋混凝土拱橋，全長232m，拱跨徑 134m。此橋位於陽明山陽金公路上，馬槽橋兩側溪谷即為馬槽溫泉，為火山性溫泉，泉水呈酸性反應 (pH值 2~4)，最高溫度達99° C，源頭水質呈灰色半透明，帶有硫磺味，為硫酸物氯化物泉之一，不能飲用。故設計上在混凝土拱內以熱浸鍍鋅的鋼箱梁為支撐構件，以

延長其使用年限 (照片 1~照片 2)。

照片 1. 熱浸鍍鋅鋼箱梁拱架結構施工 [2] 照片 2. 馬槽橋外觀 [3]

(2) 熱浸鍍鋅 I型鋼梁1996年，台 64線八里新店線快速道路中和交流道設計採用雙層高架

I型鋼梁構造，該 I 型鋼梁經以熱浸鍍鋅處理，主要考量係該處交通量大，可延長鋼材維護期 (照片 3~照片 4)。另一案例在台 28線中壇橋，因配合堤防高程加高及引道兩側居民出入便利性，原為 80m長 (8@10m=80m) 8跨的鋼筋混凝土橋，為減少其阻水斷面，乃重建為 2跨，每跨 55m長的鋼橋。上構是連續雙孔變斷面熱浸鍍鋅 I 型梁橋 (照片 5)，包覆墩柱之防沖鋼板亦採熱浸鍍鋅設計，於 2010年 9月完工通車。



照片 3. 中和交流道上構熱浸鍍鋅 I 型鋼梁 [2]

照片 4. 中和交流道完工外觀 [2]

照片 5.中壇橋採熱浸鍍鋅I型梁 [2]

(3) 熱浸鍍鋅鋼板有鑑於在卵石河床之橋基與橋墩，因受河川洪流帶動卵礫石產生與

混凝土表面磨擦，造成鋼筋外露、磨損、斷裂或破壞。1994年開始，曾以 10mm熱浸鍍鋅鋼板將全墩柱圍束保護，後來更擴展至可能裸露之沉箱體或樁帽部分，如照片 6至照片 8所示。因受 1999年 921集集大地震影響，部分地區的橋梁須檢討其下部結構的耐震能力，並採墩柱結構必

要補強措施，除採外加補強柱筋與圍束鋼筋外，再以熱浸鍍鋅鋼板圍束，

藉此增強墩柱之圍束力與防沖、防蝕功效。

照片 6. 柱體以熱浸鍍鋅鋼板圍束 [2] 照片 7. 柱體以熱浸鍍鋅鋼板圍束 [2]

照片 8. 台 21信義鄉沙里仙溪橋部分橋墩表面熱浸鍍鋅鋼板圍束 [2]



為使鋼板達到防蝕目的，台 3線蘭勢大橋橋柱及樁帽側面均採熱浸鍍鋅鋼板保護，故未被卵礫石磨損；但樁帽頂未有熱浸鍍鋅鋼板保護，

故頂面混凝土磨損而導致鋼筋外露斷裂，如照片 9所示。修復後再以熱浸鍍鋅鋼板覆蓋頂面補強防護，如照片 10所示。

照片 9. 台 3線蘭勢大橋樁帽頂混凝土被沖刷鋼筋外露 [2]

照片 10. 台 3蘭勢大橋基樁樁帽 (基礎版 )頂、側面以熱浸鍍鋅鋼板保護 [2]

(4)熱浸鍍鋅鋼筋A.彰化崙尾灣橋

1997年，設計台 61線快速公路之崙尾灣橋 (彰化 )時，因橋墩必須座落於海灣中，參考海域環境下對混凝土構造物的侵蝕方式，在潮間

帶的混凝土 (Concrete in the Tidal Zone)及在大氣帶的混凝土 (Concrete in the Atmosphere)，其內部鋼筋若未加妥善保護將有腐蝕 (Reinforcing Steel Corrosion)發生 (圖 1)。故在延伸至離海岸線 300m内之基礎及橋墩，採用了熱浸鍍鋅鋼筋 (照片 11)。



圖 1. 海域環境構造物受侵蝕的特性 [4]

照片 11. 台 61線快速公路崙尾灣基礎與墩柱採熱浸鍍鋅鋼筋 [2]

B.基隆和平橋 [5]改建前之和平橋，是 1935年建造完成的基隆橋，於 1949年改稱和

平橋。和平橋為連接和平島與本島之唯一橋梁，位在基隆港東北口上的

獨立小島，原稱「社寮島」，與台灣本島間，僅以一寬約 74m的小海灣，也就是八尺門水道相隔，和平橋於 2005年 3月改建完工通車 (照片 12-14)[6]。工程考量改建前之腐蝕情形，鋼筋採用熱浸鍍鋅防蝕 (照片 15-18)[6]，並參照 CNS 10007標準第 3種 55C之規定，附著量為 550g/m2。

工程設計時尚無熱浸鍍鋅鋼筋國家標準，直至 2003年 10月 9日制定公告 CNS 14771標準。2010年 11月 10日發現橋下現場遺留一臨時工作架，係由鍍鋅鋼筋與無鍍鋅鋼筋組合而成，歷經 6年後觀察發現鍍鋅鋼筋只於鋅表面產生白銹，但無鍍鋅鋼筋已嚴重銹蝕 (照片 19)。



照片 16. 熱浸鍍鋅鋼筋橋台基樁 [6] 照片 17. 熱浸鍍鋅鋼筋橋台基礎 [6]

照片 12. 改建前的和平橋 [6] 照片 13. 改建前後之和平橋 [6]

照片 14. 改建後之和平橋 [6] 照片 15. 熱浸鍍鋅鋼筋籠 (基樁用 ) [6]



照片 18.熱浸鍍鋅鋼筋橋台 [6] 照片 19.鋼筋鍍鋅與無鍍鋅暴露 6年後 [5]

C.金門大橋金門大橋西起烈嶼鄉后頭地區，東迄金寧鄉慈湖地區，路線全長約 5.4

公里，約 4.77公里位於海上 (圖 2)，依橋梁位置，可分為主橋、邊橋及引橋 (圖 3) 。橋梁主要構件包括 2座橋台，73座基礎及橋墩，74跨箱梁。主橋採高粱穗心造型五塔六跨預力混凝土箱型梁之脊背橋，每跨 200m，全長1,050m，橋塔高度自橋面板計 31.5m，從樁帽頂起計 78.5m(圖 4)；主橋基樁在金烈水道深槽區，岩盤在海平面從 20~23m不等。最大潮差達 6m，流速在 1.2~1.4 m/sec。最大樁帽尺寸為 29×23×5m(3,350m3)；邊橋及引橋上構為不同深度之預力箱型梁，跨度從 30~50m。邊橋為變梁深預力箱型梁橋，全長 720m ；引橋為等梁深預力箱型梁橋，全長 3,000m。橋梁行車設計速率 60Km/h，車道配置雙向各 1混合車道及人行 /自行車道 (圖 5) [7] 。

圖 2. 連接大小金門的金門大橋位置示意 [7]



圖 4. 主橋造型 (五塔六跨 ) [7]

圖 3. 主橋、邊橋及引橋之配置方式 [7]



圖 5. 金門大橋車道配置 [7]

金門島的古老地層主要為花崗岩，圖 6為地質分布情形，深槽區水達23m、工址基盤為花崗岩、岩盤深度變化大以 P29、P31、P33為例，同一橋墩之兩鑽孔岩盤深度差異約達 10m，與鄰近之大陸廈門地區地質相似。另照片 20蒐集從海床下 17~62m米深所鑽出幾個不同類別的花崗岩，其中最高軸向壓縮強度有可達 100MPa。

圖 6. 深槽區地質剖面分布情形 (第 29墩到 36墩間為例 ) [7]



a.斑狀花崗岩 b.文像斑岩 c. 花崗片麻岩

d. 鹼性花崗岩 e. 淺色流紋岩 f. 黑色花崗片麻岩

g. 青灰色酸性花崗岩 h. 粉紅色花崗岩 i. 花崗岩

照片 20. 基樁施工所挖掘出來的花崗岩



圖 7. 主橋斜張預力鋼腱採四層防蝕保護示意 [7]

為確保該橋梁在海域環境下的耐久性，防止鋼筋銹蝕，在工程設計上

所採取的防蝕設計方法包括 :–各混凝土主要構件增加混凝土保護層厚度 (表 1)，及使用 II型 (混合 )水泥、水淬高爐石粉、飛灰等卜作蘭材料取代部分水泥，提供混凝

土耐久性。

–樁帽、基樁：混凝土的水膠比小於 0.4，實際配比須符合 CNS 14795之「抗氯離子穿透性」等級為「甚低」設計。

–基礎 (基樁帽梁 )及橋墩：採用熱浸鍍鋅鋼筋、自充填混凝土。–斜張鋼纜：以小套管包覆及油脂保護、最外層外套管以高密度聚乙烯包覆，如圖 7。

橋梁部位極嚴重鹽害區

一般區域

基礎、基樁 10 10

柱、牆 10 5

橋面板頂層筋 6.5 4

箱梁內層筋 4 2.5箱梁腹板外露

面6.5 4

表 1、橋梁各主要部位增加保護層 (單位 :cm)

橋梁所用鋼筋尺寸從 D25~D36 (表 2)，鋼筋鍍鋅處理依 CNS 8503 [熱浸鍍鋅作業方法 ]進行。鋼筋鍍鋅附著量依 CNS 14771 [鋼筋混凝土用熱浸鍍鋅鋼筋 ]規定 (表 3)。在鍍鋅前，鋼筋應先冷彎再鍍鋅，冷彎半徑值應等於或大於表 4指定值。製作過程中鍍鋅層若有受損應加修復。鋼筋每 0.3m內，容許的最大量損害修復面積不應大於該範圍內之總表面積的 1%。所有在製造、處理及運送過程所造成的損傷都應以富鋅漆按 ASTM A780/A780M [Practice for repair of damaged and uncoated areas of hot-dip galvanized coatings修復損壞及無覆層區域的熱浸鍍鋅層之實務 ]修補。



位置鋼筋種類樁帽 (Pile cap) 墩柱 (Pier)

引橋及邊橋主筋 D25、D29、D32、D36 D29、D32、D36

繫筋及箍筋 D19

主橋主筋 D36 D32、36

繫筋及箍筋 D19

表 2、橋梁所用鋼筋尺寸

鋅層等級鋅質量 [Weight],

至少 , g/m2 [oz/ft2] 表面I級

鋼筋尺寸 D10 鋼筋尺寸≧ D13

II級鋼筋尺寸≧ D10

915 [3.00] 1070 [3.50]

610 [2.00]

表 3、鍍鋅量 (CNS 14771)

表 4、最小彎曲直徑 (CNS 14771)

鋼筋尺寸鋼筋等級

SD280, SD280W SD420, SD420W SD490

D10, D13, D16 6d 6d

D19 6d 6d 6d

D22, D25 6d 8d 8d

D29, D32, D36, D39 - 8d 8d

D43, D50,D57 - 10d 10d

d =鋼筋標稱直徑

引橋及邊橋的基樁施工係採雙層圍堰，基樁預留延伸鋼筋並與帽梁 (有稱基礎版，採熱浸鍍鋅鋼筋 )鋼筋錨定在一起 (照片 21)，橋墩 (採熱浸鍍鋅 )施工如照片 22所示。主橋之基樁及帽梁的施作過程如圖 8所示。



照片 21. 邊橋及引橋之基樁及基礎版 (採熱浸鍍鋅鋼筋 )施工

照片 22. 邊橋及引橋墩柱施工 (採熱浸鍍鋅鋼筋 )



4. 結論台灣及離島近海域地區具有氯離子侵蝕鋼筋的潛勢，而熱浸鍍鋅應用

在台灣地區的橋梁也有數十年的歷史，而最近應用案例為金門大橋工程。

熱浸鍍鋅鋼材應用成果，顯示尚能達原設計理念應有的防蝕效果。事實上，

熱浸鍍鋅鋼材在日常生活中就能常見到其廣泛的應用，如燈桿、金屬護欄

桿、圍籬、鋼絲網、門型架、鐵塔、電車線吊架、柵欄等。從構造物的生

命週期管理成本或維修管理難易度而言，熱浸鍍鋅值得加以使用。

參考文獻

1.陳育聖，台灣混凝土橋腐蝕調查與分析 (簡報 )，熱浸鍍鋅鋼筋在土木建築之應用研討會，2015.11.12。

2.中華民國熱浸鍍鋅協會，熱浸鍍鋅問答集 (編輯中 )，2016。3. http://pic.pimg.tw/fwubiao/1384076144-4049642719.jpg。4. http://www.xypex.com/projects/marine-structures/why-xypex/the-structures---the-

problems。5. 臺鍍科技股份有限公司，熱浸鍍鋅案例 -基隆和平橋，2011.01.31簡報。6. 張文豪結構技師事務所拍攝。7.台灣世曦工程顧問 (股 )公司，金門大橋工程簡報，2014-2015。

圖 8. 主橋深槽區基樁與基礎版施工構想 [7]



批量熱浸鍍鋅 - 鎳及鋅 - 鎳 - 鉍技術Driven Factors for the Application of Zn-Ni & Zn-Ni-Bi

in General Hot Dip Galvanizing

1.前言熱浸鍍鋅是廣泛使用的鐵基材料防腐蝕方法。鍍層特性如耐腐蝕性、

厚度、外觀和機械性能是在此技術過程中主要參數。這些參數都在相當

程度上受到鍍鋅過程中形成的鋅鐵合金層形狀和厚度的影響。

大多數鋼材都能夠經過熱浸鍍鋅處理。然而，在鋼材中所含的反應

性的元素，特別是矽（Si）和磷（P），可以影響熱浸鍍鋅效果。自上世紀 80 年代，鋅 -鎳合金在批量熱浸鍍鋅行業得到發展。時至今日，鋅 -鎳合金（Zn-Ni）已經是在批量熱浸鍍鋅中廣泛使用且行之有效的成熟技術。因為鋅 -鎳合金的使用，是利用在鋅池中加入少量鎳，為反應性鋼材（桑德林鋼，Sandelin）提供了熱浸鍍鋅的可能性。此外在過去的十年中，鋅 -鎳 -鉍 (Zn-Ni-Bi)技術也迅速發展，利用在鋅池中加入少量鉍以替代鉛，使無鉛鍍鋅得到發展。

本文介紹說明 Zn-Ni和 Zn-Ni-Bi在熱浸鍍鋅中使用的技術、方法、效益和環境等方面的驅動因素，以及使用 Zn-Ni (Technigalva®) 和 Zn-Ni-Bi (Technigalva® plus)合金的優勢。

2.鋅 -鎳和鋅 -鎳 -鉍的優勢當在 450℃的鋅浴中對鐵基材進行熱浸鍍鋅（低溫批量鍍鋅）時，

鍍層由 Zn/Fe二元系統中的Γ、δ1、ζ鋅 -鐵合金金屬間化合物和純鋅η層依次組成。每項金屬間化合物和純鋅層的形成、成長和厚度會受到

許多因素的影響，例如待鍍鋅構件的化學成分、幾何形狀、表面狀況和

浸漬時間，而鋅浴的成份和鋅浴的溫度影響 Fe-Zn合金層的形成。

Ling TAO陶玲鑫是達 (Nyrstar)香港有限公司



2.1 矽 (Si)和磷 (P)對鋅鐵反應的影響Si在鋼材中有很多作用，但其最重要的是去氧。從鋼液中除去氧氣

氣泡，Si的添加會對鋼材有鎮靜的效果。不同的鋼材，其含 Si量不同。半靜鋼 (semi-killed steel)通常含 Si量不超過 0.10％，而全靜鋼 (killed steel)含 Si量可以高達到 0.60％。

然而，鋼材中 Si的含量對鐵鋅熔體中的溶解度影響顯著，特別是當其含量在 0.03至 0.15％的範圍內時。當待鍍鋼材中 Si含量在此範圍內時，不僅形成非常厚的鍍層厚度，而且鍍層與基底的粘附力不足，因此容易

出現鍍層脫落或燒灰。這種現象被稱為“Sandelin”效應，如圖 1所示。

圖 1 矽含量對鍍鋅層厚度的影響2.2 鋅浴中鎳對鋅鐵反應及鍍層性能的影響

為解決在批量熱浸鍍鋅中遇到的 Sandelin效應， ILZRO在上世紀 80年代利用於鋅浴中加入其它元素作對反應性鋼材鍍鋅的可能性研究。結

果顯示，鎳是最合適的選擇，因為它既不與助鍍劑反應，也不會在鋅浴

中發生氧化。在超過三十年的發展之後，該（鋅浴中添加鎳的鍍鋅）技

術已經被證明是對反應性鋼鍍鋅的最有效的解決方案。 Ni對 Fe-Zn反應的影響可以有若干種機理來解釋。一種可能性（也

是更接近現實），是緻密的 Zn-Fe-Ni化合物形成一屏障阻擋 Zn或 Fe擴散而抑制 ζ相的增長。鍍層中δ層的厚度稍微增加，而ζ相的厚度減小，如圖 2所示。在鋅浴中添加少量的 Ni（〜 0.06％），對於矽含量低於 0.25％的鋼材會有超厚鍍層的問題可顯著改善，如圖 3所示。

圖 2 鎳對鍍層的金屬間化合物層厚度的影響

熱浸鍍鋅添加鎳的工件之機械性能和加速腐蝕試驗結果顯示如下：

a.鍍層附著力



圖 3 鎳 (0.055%)對鍍層厚度和顯微結構的影響▉更好，特別是對於 Sandelin鋼，由於金屬間化合物層有更佳的連結性 ▉管件彎曲加工時非常好 b.厚度 ▉針對 Sandelin效應的鋼有過厚鍍層問題可明顯改善 ▉低 Si和低磷鋼的鍍層厚度減少 c.鍍層厚度均勻性：明顯改善鍍層厚度的跳動幅度d.表面品質 ▉外觀：光滑和明亮的鍍層表面 (即使鎳在較低的含量 )，如圖 4所示。▉鋅花：不太明顯

e.耐磨性：更好，由於更高的δ和 zeta層硬度（約增加 20％） f.耐腐蝕性：與純鋅鍍層等同



圖 4 鋅和鋅鎳鍍件鍍層外觀的差異（明亮均勻）

圖 5 鋅浴中加入鉍對表面張力的影響

g.鍍層表面可塗性：與純鋅鍍層等同h.抗白銹性能：與純鋅鍍層等同

2.3 鎳和鉍的綜合效果在歐洲，越來越多的熱浸鍍鋅企業的鋅浴是以近於純鋅成分水準在

操作，其鉛含量在 0.1和 0.2％之間，符合 RoHS標準；且據報導，無鉛鍍鋅在美國也越來越普遍。

鉍在鋅浴中的作用與鉛相似，且對環境沒有潛在的不良影響，因此

越來越多的被用於無鉛的鍍鋅製程中。鋅浴中加入少量鉍，可降低鋅液

的表面張力，從而改善流動性，參見圖 5，0.1％ Bi在降低 Zn的表面張力方面與 1.0％ Pb一樣有效。當鉍與鉛組合使用時，流動效果更好，對複雜部件（例如具有緊密間隔的鰭片熱交換器）之鍍鋅帶來顯著益處。

鉍還促進鍍層表面上的鋅花的形成，這也對許多鍍鋅廠家及客戶非常有

吸引力，如圖 6所示。



0.0%Pb-0.0%Bi 0.4%Pb-0.1%Bi 0.8%Pb-0.1%Bi

進一步的工業試驗證明，Bi的添加將導致 Zn消耗的下降和減少鋅渣量。

—減少 Zn消耗量，主要是由於減少了工件提取時表面純鋅層的掛鋅量和鍍件彎角和縫隙角中的掛 Zn量。對於諸如用於鰭片狀熱交換器或同類複雜構造的鍍件，Zn消耗的減少是相當大的。

—減少的鋅渣量，添加適量的 Bi使得鋅浴有更好的流動性和低表面張力，有利於鋅液從鋅渣顆粒的縫隙中流出，減少了清除鋅渣過

程中夾帶的鋅液量，因此出渣量相對減少。

當 Ni和 Bi同時添加入鋅浴中後，我們可以看到鎳對合金層生長的控制和鉍對鋅浴良好流動性（減少鍍鋅工件表面掛鋅量）的雙重良好效

果。圖 7顯示不同鋼材在飽和鉛含量的鋅浴中，及在含 0.04%鎳 -0.13%鉍的無鉛鋅浴中浸鍍 5分鐘後鍍層厚度的比較。

圖 7 不同鋼材在 450 ˚C浸鍍 5分鐘的鍍層厚度

圖 6 鉍對含鉛或無鉛鍍層都可提高鍍層表面的光亮度及鋅花效果



因此，鋅浴中添加 Ni和 Bi的組合，是用於浸鍍 Si含量至 0.25%的鋼材。眾所周知，如果鋅浴中的Ni濃度為〜 0.05％時，則可獲得Ni對鋅、鐵反應的全部效果。此時，金屬間化合物層中的 Ni富集足夠高以減少 Fe的擴散。在含鉍的鋅浴中鎳含量達到 0.05%時，對鍍層的控制效果會比圖 7中顯示的結果更好。

鋅浴中添加 Ni和 Bi對鍍層性能和鋅鍋侵蝕的影響綜述如下： —鍍層的可成形性和鍍層附著力：等同於Zn-Ni鍍層，優於普通純鋅鍍層 —防腐蝕和白銹：等同於純鋅鍍層 —對鋅鍋的腐蝕：等同於 Zn-Ni合金鋅浴，優於普通純鋅鋅浴與傳統鋅浴及含鎳鋅浴相比較，添加了鎳和鉍元素的鋅浴對待鍍鋼

材表面有更好的潤浸效果，降低鋅液表面張力，有利於：

—減少出現漏鍍點的風險 —減少複鍍的需求 —減少表面修整工作量

受益於更好的鋅浴流動性，添加了鉍元素有利於減少 : —鋅渣的量 —浮渣 (Floating dross)量

2.4 鋅 -鎳和鋅 -鎳 -鉍合金的經濟效益鋅浴中添加適量的 Ni，可觀察到鍍層厚度的減小，因為 Ni對 Zn-Fe

之間的流動性和反應性起作用。當在 0.055％〜 0.06％的 Ni含量鋅浴中工作時，可減少約 10~15％的鋅耗量。為了將 Ni含量保持在 0.055〜0.06％，只要在鋅浴中加入 1/3的 Zn-0.5％Ni合金（Technigalva®）即可，餘量為鋅。

使用 Zn-0.5％ Ni合金的經濟效益與該鍍鋅生產線年鋅耗量、鋅浴中鎳的含量、鋅的價格以及鍍鋅反應性鋼的百分比有關。鋅年消耗量越高、

鋅價格和反應性鋼的百分比越高時，獲得的經濟效益則越高。以 Nyrstar的 Technigalva®合金為例，圖 8為顯示在每月約 200MT的鋅消耗傳統鋅浴中添加Zn-0.5％Ni合金後，因有Ni含量之因素而產生成本降低之分析。

使用 Zn-0.5％ Ni合金，鋅耗下降的效益遠遠超過了使用合金產生的成本。以目前的鋅價格水準來說，投資的回收期約為 1〜 3個月，但依



圖 8 添加 Zn-0.5％ Ni合金後的成本降低分析

鍍鋅槽尺寸和生產率的不同而不同。

至於 Technigalva® plus，Bi的添加可以減少 Zn的消耗量和鋅渣的形成，可以輕鬆補償鋅錠因合金的溢價 (premium)。

3.鋅 -鎳及鋅 -鎳 -鉍熱浸鍍鋅3.1鋅浴成分

所有的鍍鋅鋅浴可以使用 Zn-0.5％ Ni鋅 -鎳合金。但是，添加前有些建議 :

▉一般來說，良好的表面預處理質量需要保證 ▉助鍍液中的鐵含量要控制在較低水準 ▉待鍍件在浸助鍍處理後最好要乾燥。 ▉鋅浴溫度：> 445° C。鋅浴中有 5° C（鋅浴表面比底部溫度高）的熱梯度是有利的。

Nickel鎳含量 :兩個常用鎳含量水準 : —鋅浴中鎳含量 ~ 0.04 %，此時鋅浴有良好的流動性，鍍層呈現很好的表面光亮度，鎳的含量不足以對鋅鐵反應產生影響，因此鋅

耗下降量較小。

—進一步增加鋅浴中的鎳含量至 0.05~0.06 %，鋅浴流動性更好，Sandelin鋼呈現很好的。鍍層表面光亮，鋅耗改善明顯（最少10%）。



—鉍 :鋅浴中加入0.1%鉍對表面張力和鋅液流動性的影響等同於用1%鉛。

3.2 鋅浴中添加鎳元素的方法目前市場上有幾種在鍍鋅鋅浴中添加鎳的方法，其熔解機理是各不

相同的，如表 1所示。金屬鎳具有高熔點（參見圖 9 Zn-Ni相圖），並且Ni的存在對 Fe在鋅浴中的溶解度具有顯著影響（參見圖 10：Ni含量對Fe在鋅浴中的溶解度的影響），過飽和 Fe將與鋅反應並產生鋅渣，同時消耗 Ni。當選擇 Ni添加方法時，應進行綜合成本計算。

熔解機理熔解過程時間

鋅 -0.5% Ni合金熔解快

鋅 - 0.15% Ni合金熔解快

鋅 -2% Ni合金部分熔解、部分原子擴散慢

鎳 -塊狀原子擴散非常慢

鎳 -粉狀原子擴散非常慢

表 1 鋅浴添加鎳的熔解機理

圖 9 鎳 -鋅相圖圖 10 鎳含量對鋅浴中鐵溶解度的影響

鑑於鋅浴中 Ni含量對 Fe在鋅浴中的溶解度的影響，建議採用逐步提高鎳含量的方法，以確保在鋅浴從無鎳到有鎳的轉化過程的順利進行。



圖 11 鉍 -鋅相圖3.3鋅浴中添加鎳和鉍元素的方法

鉍是具有很高密度的金屬，在液體鋅中的溶解度有限。在 450℃下，Bi在液態鋅相中的溶解度如圖 11鉍 -鋅二元相圖所示。為了將 Bi加入到鍍鋅浴中，最有效的方式是透過添加 Zn-Bi預合金，使得鉍不會沉積到鋅浴的底部。

Bi的存在對 Fe或 Ni在液態鋅中的溶解度沒有影響，因此鋅浴中鉍的添加可以在短時間內完成。

Technigalva® Plus鋅 -鎳 -鉍合金是含有 0.5％Ni和 0.2％Bi的合金，其可以與 Zn-0.5％ Ni合金（Technigalva®）相同的添加比例用於鋅浴中，以控制鎳操作水準。

4. Technigalva®的環保優勢鎳在環境法規中被認為是有毒性元素。合金或含有超過 1％鎳的物

質，被認為是危險材料。因此，需要特別聲明和包裝。

因此，使用含鎳 0.5％的鋅 -鎳合金不會對該環境法規產生任何問題。

合金中鎳含量 0.5%鋅浴中鎳含量 0.055 ~ 0.06% < 1% Nickel鋅渣中鎳含量 ~ 0.5%鋅灰中鎳含量 ~ 0.04%



5.結語 a.從技術、經濟和環境等多方面來看，Zn-Ni技術是批量熱浸鍍鋅中解決 Sandelin效應的有效方法，可減少熱浸鍍鋅構件明亮度之差異。

b. 適量的 Ni和 Bi，可幫助熱浸鍍鋅作業減少鋅渣產生及鋅耗量。c.加入適量的 Ni能很好控制金屬間化合物鍍層的增長，Bi的添加降低鍍件表面純鋅層的厚度，特別是減少在複雜結構上小間隙和拐角處

的過量純鋅的帶出。 d. 添加 Zn-0.5％ Ni合金（Technigalva®）和 Zn-0.5％ Ni-0.2％ Bi合金

(Technigalva® Plus)是熱浸鍍鋅中在鋅浴添加鎳和鉍的有效方法，且Zn-Ni-Bi是 Zn-Ni鍍鋅技術的加強版。

參考文獻

1. L. Tao & R. Pankert, “ZnNi-An Approved Technology in The Upstream”, 4th Asia Pacific General Galvanising Conference, 12-16th September 1999, Kuala Lumpur, session 6.

2. F. Porter, « La Galvanisation à Chaud »,pp.201, Marcel Dekker, Inc, New York, USA.

3. R. Fratesi, N. Ruffini, M. Malavolta, T. Belezze, A. Mohrenschild; Zn-Ni-Bi Alloys as alternative to the traditional bath in hot dip galvanizing; +The bulletin of the Bismuth Institute -77 (2001).

4. Gagné M., (1997), Industrial testing of zinc-bismuth alloys for after-fabrication hot dip galvanizing, Intergalva 18th International Galvanizing Conference, Birmingham.

5. ROFHIWA NETSHOKOTSHOKO, Metallurgical interactions and zinc pick-up mechanism during hot dip galvanizing.

6. N. Pistofidis, G. Vourlias, S. Konidaris, El. Pavlidou, G. Stergioudis ; The combined effect of nickel and nismuth on the structure of hot-dip zinc coating; Materoals Letters 61 (2007) 2007-2010.

7. S.K.J. Kim, J.S.Yoo; Effect of Bismuth Addition on the Zinc consumption in Hot-dip Galvanizing; J.Kor. Inst. Surf. Eng; Vol 36, No.1, 2003.


3 2017.01 56

基隆火車站主體鋼鐵工程

起造單位 : 交通部鐵路改建工程局設計監造 : 台灣世曦工程顧問股份有限公司營造單位 : 長鴻營造股份有限公司鋼構製作 : 新時代鋼架股份有限公司熱浸鍍鋅 : 尚燁工業股份有限公司鍍鋅總重 : 583噸工程經費 : 5,964萬

黃文忠 /尚燁工業股份有限公司總經理

30《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》29 30《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》


一、前言

台灣鐵路於 1887 年（清光緖 13年）由劉銘傳開始建造，費時 4年又 4個月於 1891 年（清光緖 17年）完工，當時的第一代基隆站位於今日之安樂市場，站名原名為【雞籠】。第二代車站推估於日治時期

1895～ 1899年 (明治 28～ 32年）之間興建，為一木造建築，後因基隆進行「市區改正」而遷至基隆港現址，並於 1908年 (明治 41年 )興建第三代車站，改為一磚造建築。至民國 54年 3月又因站房老舊空間不足而拆除重建，改為三層樓鋼筋水泥建築物，為第四代車站。第五代車站於

104年 6月 29日新站啟用，其各年代建築外觀如圖一所示。

二、基隆站改建計畫

基隆火車站，是縱貫鐵路與台鐵西部幹線的起點站，設立於 1891年（清光緒十七年）。站體經過四次改建，目前的第五代半地下化車站於

2015年 6月 29日啟用。新基隆火車站主體鋼構工程，是基隆火車站都市更新站區遷移計畫之一部份。該工程配合西二、西三號碼頭都市更新案

而南移 200公尺，並改成在地下一層的 2座島式月台、4股軌道。而舊車站站體在新站完工後拆除，火車站原址空地供作都更開發使用，如圖二

所示。基隆火車站都市更新站區遷移計畫總經費為新台幣 27.27億，車站主體工程總工程費為 1.68億。

三、基隆站改建工程

基隆火車站配合都市更新，2011年 9月起改建新車站，從原始的港西街，往南移 200公尺到忠一路南側，並向北延伸 250公尺增加車站北口，銜接基隆都更區與新建的海港大樓，如圖三、四所示，接駁兩岸直

航旅客和國際郵輪旅客，旅客運量將從現有每日 1萬 8000人，增加到 2萬人。新基隆火車站分南站、北站，主體皆為鋼結構工程，外牆採玻璃帷幕搭配金屬板，而屋頂增設太陽能系統，強化車站照明。鋼構主結構

以 SN490B、A572及 A36型鋼與 STK500鋼管為主，基隆南站立體圖如



圖五所示，南站以「雞籠」為設計概念並融入大船入港的意象，且屋頂

層設有觀景台與露天咖啡座，旅客可將基隆港灣美景盡收眼底。

基隆又稱雨港 (都 )，氣候多雨陰溼。進入冬季時，基隆正好處於東北季風從中國大陸北方南下至台灣的迎風面地帶，又因地形多山而干擾

季風進入內陸，導致基隆每年 12月進入冬季後，便壟罩在陰溼多雨的氣候當中，且下的雨多為綿綿細雨。根據中央氣象局統計 1971~2000年間氣候資料，如表一所示，全年下雨日達 205.3天，而年平均相對濕度為79.8%。這種氣候，對於鋼結構是容易腐蝕，加上站體鄰近基隆港，所以站體鋼結構採用熱浸鍍鋅防蝕，如圖六、七所示。另因營建法規需求於

鍍鋅表面需再塗覆防火漆，其油漆系統如表二所示。站體熱浸鍍鋅鋼構

吊裝及完成，如圖八 ~十三所示。

1891年 1945年 1967年 2002年

圖一基隆車站歷年外觀

月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月全年

平均降雨日數（≥

0.1 mm）21.0 19.6 21.1 17.2 18.8 14.2 9.2 11.5 15.0 17.7 19.9 20.1 205.3

平均相對濕度（%） 81.2 82.5 83.6 81.6 81.7 79.6 75.1 76.7 78.6 79.2 79.0 78.5 79.8

表一 1971年至 2000年基隆氣候平均數據

資料來源 :中央氣象局



表二鍍鋅鋼構塗裝系統

名稱膜厚 (µm) 備註

熱浸鍍鋅 76以上 550g/m2

表面處理：附著於表面之塵埃、污泥、油漬以溶劑或清潔劑清洗至 SSPC-SP-1

底漆環氧合金底漆 20

底漆環氧磷酸鋅底漆 40

防火漆膨脹型防火塗料依內政部規定

面漆氟樹脂系面漆 25

面漆氟樹脂系面漆 25

圖二基隆站都更示意圖

圖三基隆都更區與新建的海港大樓



圖四站體基礎完成

圖五基隆南站立體圖，以雞籠為意象，樹立都市焦點地標



圖六熱浸鍍鋅作業

圖七箱梁鍍鋅成品



圖八北站站體熱浸鍍鋅鋼架吊裝

圖九南站主體完成



圖十南站屋頂鋼架吊裝

圖十一南站屋頂鋼架熱浸鍍鋅鋼架



圖十二南站外牆以玻璃帷幕搭配金屬板，並於屋頂裝置太陽能板節能減碳

圖十三基隆北站，北站以「天圓地方」為意象，塑造海洋城市新風貌


4 2017.01 56

《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》39

5 2017.01 56 4 2017.01 56

40《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》39

6 2017.01 56

《創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源》41

MENG YEA INDUSTRY CO., LTD

鋼橋、廠房等鋼鐵結構物的最佳防蝕方法

中華民國熱浸鍍鋅防蝕技術研究基金會

Galvanizers Foundation of R.O.C.


Galvanizing Association of Taiwan http://www.galtw.org.tw

2017/01

創造熱浸鍍鋅文化‧維護台灣有限資源


第

期

熱浸鍍鋅會刊

56

NO.56NO.56

第 2017/01 nogaltw.org.tw/upload/downloads/148532335175.pdf · 鍍鋅鋼筋。1999...

Documents